JP2010106916A

JP2010106916A - ディスクロータ

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Publication number: JP2010106916A
Application number: JP2008278154A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Kano; 真年狩野; Kunio Ishihara; 邦生石原; Haruhisa Baba; 晴久馬場; Keisuke Seto; 圭介瀬戸; Hitoshi Ikeuchi; 均池内; Yoichi Kato; 洋一加藤
Original assignee: Advics Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Advics Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2010-05-13
Also published as: CN101725651A; DE102009046051A1; US8210328B2; US20100101902A1

Abstract

【課題】摺動部とハット部が結合装置によって一体的に結合されているディスクロータにおいて、組付性を向上させること、および、耐腐食性を向上させること。
【解決手段】ディスクロータの結合装置２０は、摺動部１１とハット部１２間に介装される環状のワッシャ２１と、摺動部１１に係合する頭部２２ａを有するとともに摺動部１１に設けたロータ軸方向の貫通孔１１ｂ１とワッシャ２１とハット部１２に設けたロータ軸方向の貫通孔１２ｂ１を貫通する軸部２２ｂを有していてハット部側の軸部先端をカシメることにより摺動部１１とワッシャ２１とハット部１２を一体化する接合ピン２２を備えている。接合ピン２２のカシメられた部分は、テーパ形状であって、その外周全体がハット部１２の貫通孔１２ｂ１に形成したテーパ面Ｓに接合している。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、車両において車輪を制動するために採用されるディスクブレーキ装置のディスクロータに関する。

この種のディスクロータの一つとして、（制動時に摩擦パッドによって挟持される）環状の摺動部と、この摺動部の金属素材（鉄系素材）に比して軟らかい金属素材（アルミニウム合金）からなり（ホイールハブに固定される内向フランジ部を有して）前記摺動部の内周部分に外周部分にて接合されるハット部と、前記摺動部と前記ハット部の接合部分に設けられて前記摺動部と前記ハット部を一体的に結合する結合装置を備えたディスクロータがあり、例えば、下記特許文献１に示されている。
特表２００４−５３０８４８号公報

上記した特許文献１に記載されているディスクロータにおいては、前記結合装置として、ハット部（特許文献１ではベルと記載されている）の外周部分に形成した径方向凹部に収容されるシート状の挿入部材およびブロック状の駆動部材と、駆動部材のハット部側端部に組付けられる板ばねと、摺動部（特許文献１では制動バンドと記載されている）の内周部分をロータ軸方向に貫通するとともに駆動部材と板ばねをロータ軸方向に貫通してこれらをナットとによって締結するねじとを備えた結合装置が採用されている。

ところで、上記した特許文献１に記載されているディスクロータでは、上記した結合装置によって所期の結合強度は確保できるものの、上記した結合装置が挿入部材、駆動部材、板ばね、ねじおよびナット等の多数の部品（五つの部品）を備えているため、組付性が悪い。また、上記した結合装置では、挿入部材が、ばねスチールのような耐摩耗性シートメタルで成形されていて、ハット部の素材であるアルミニウム合金とは異種金属であり、また、挿入部材がハット部の径方向凹部に組付けられた状態（ねじとナットによって締結される前の状態）では、挿入部材とハット部間にロータ軸方向、ロータ径方向、ロータ周方向の隙間（挿入部材のハット部への組付を容易にするための隙間）があり、ねじとナットによって締結された後にも、挿入部材とハット部間にロータ径方向およびロータ周方向の隙間が残るため、この隙間に水が滲入して異種金属接触腐食（ガルバニ腐食）が生じるおそれがある。また、上記した結合装置では、ねじの先端部とナットがハット部の外周部からロータ軸方向に突出するため、当該部分のロータ軸方向寸法が大きくなり、大きな取付スペースを必要とする。

本発明は、上記した種々な課題を解決すべくなされたものであり、環状の摺動部と、この摺動部の金属素材に比して軟らかい金属素材からなり前記摺動部の内周部分に外周部分にて接合されるハット部と、前記摺動部と前記ハット部の接合部分に設けられて前記摺動部と前記ハット部を一体的に結合する結合装置を備えたディスクロータであって、前記結合装置が、前記ハット部の金属素材に比して硬い金属素材からなり前記摺動部の内周部分と前記ハット部の外周部分間に介装される環状のワッシャと、前記ハット部の金属素材に比して硬い金属素材からなり前記摺動部に係合する頭部を有するとともに前記摺動部に設けたロータ軸方向の貫通孔と前記ワッシャと前記ハット部に設けたロータ軸方向の貫通孔を貫通する軸部を有していてハット部側の軸部先端をカシメることにより前記摺動部と前記ワッシャと前記ハット部を一体化する接合ピンを備えていて、前記接合ピンのカシメられた部分は、テーパ形状であって、その外周全体が前記ハット部の前記貫通孔に形成したテーパ面に接合していること（請求項１に係る発明）に特徴がある。

このディスクロータ（請求項１に係る発明のディスクロータ）においては、結合装置が、環状のワッシャと、接合ピンを備えたものであり、部品点数が少ないため、組付性がよく、しかも安価に実施することが可能である。また、このディスクロータでは、ハット部と接合ピンの軸部先端（カシメられた部分）間およびハット部とワッシャ間に、それぞれ必要十分な大きさの座面を確保することが可能であり、これらの座面全体に腐食が生じるには長い期間を要するため、異種金属接触腐食（ガルバニ腐食）に対する耐腐食性を向上させることが可能である。また、このディスクロータでは、接合ピンにおけるハット部側の軸部先端がテーパ形状にカシメられていて、ハット部の貫通孔に形成したテーパ面に接合しているため、接合ピンはハット部の外周部からロータ軸方向に殆ど突出することがない。このため、当該部分のロータ軸方向寸法は殆ど大きくならず、大きな取付スペースは不要である。また、このディスクロータでは、摺動部とハット部間に介装されるワッシャによって、ハット部とワッシャ間に必要十分な大きさの座面を確保することが可能であるため、接合ピンの軸部を小径化することも可能である。

上記した本発明の実施に際して、前記接合ピンの軸部中間には、ハット部側を小径部とし、前記摺動部をロータ軸方向に所定量移動可能とする段部が形成されていて、この段部は、前記摺動部と前記ワッシャ間に介装されて前記摺動部を前記接合ピンの頭部に向けてロータ軸方向に付勢する板ばねの一部を介して、前記ワッシャの内周部に係合していること（請求項２に係る発明）も可能である。

この場合のディスクロータ（請求項２に係る発明のディスクロータ）では、板ばねによってハット部と接合ピンの軸部先端（カシメられた部分）間およびハット部とワッシャ間の密着性をそれぞれ高めて水の滲入を的確に防止することが可能であり、水分の介在によって進行する異種金属接触腐食（ガルバニ腐食）を的確に抑制することが可能であるため、これによっても異種金属接触腐食（ガルバニ腐食）に対する耐腐食性を向上させることが可能である。

また、このディスクロータでは、制動時における摺動部の熱変形を、摺動部のロータ軸方向移動（板ばねの弾性変形）によって緩和することができて、摺動部の熱変形に起因するブレーキ鳴き等の不具合を抑制することが可能である。また、このディスクロータでも、請求項１に係る発明のディスクロータと同様の作用効果が得られる。なお、このディスクロータでは、結合装置が、環状のワッシャと、接合ピンと、板ばねを備えたものであり、部品点数が少ないため、組付性がよく、しかも安価に実施することが可能である。

また、上記した本発明の実施に際して、テーパ面のテーパ角度が６０度〜１２０度（カシメ部のカシメ角度３０度〜６０度）であり、接合ピンのカシメられる部分の肉厚（カシメ部肉厚）が１．０〜１．５ｍｍ程度で軸方向長さ（カシメ部長さ）が２〜３ｍｍ程度であることが望ましい。この場合には、接合ピンが軸方向にて抜ける抜け荷重を設定値以上とした上で、接合ピンのカシメによってハット部に生じる残留応力を許容値以下に抑えることが可能であり、接合ピンによる摺動部とハット部の結合強度の確保と、ハット部の異種金属接触腐食と残留応力の相乗作用（応力を受けた状態で腐食が促進される、いわゆる応力腐食）に対する耐久性アップを図ることが可能である。

以下に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図７は本発明によるディスクロータの第１実施形態を示していて、この第１実施形態のディスクロータＡは、車両において車輪を制動するために採用されるディスクブレーキ装置のディスクロータである。このディスクロータＡは、環状の摺動部１１と、この摺動部１１の内周部分に外周部分にて接合されるハット部１２と、摺動部１１とハット部１２の接合部分に設けられて摺動部１１とハット部１２を一体的に結合する８個（個数は適宜増減可能である）の結合装置２０を備えている。

摺動部１１は、図１、図２、図４および図５に示したように、鋳鉄（鉄系金属素材）で環状に成形された部材であり、制動時に周知のように摩擦パッド（図示省略）によって挟持される環状の制動部１１ａを外周部分に有するとともに、内周部分にハット部１２を組付けるための環状の内向フランジ部１１ｂを有している。

制動部１１ａは、内部に多数の通気通路１１ａ１を有している。内向フランジ部１１ｂは、制動部１１ａの一側（図５の左側で車両外側）内周からロータ径内方に延出形成されていて、８個の貫通孔１１ｂ１がロータ周方向にて等間隔に形成されている。各貫通孔１１ｂ１は、ロータ径方向に長い長円形状に形成されていて、ロータ軸方向に貫通している。

ハット部１２は、図１、図２、図６および図７に示したように、アルミニウム合金（摺動部１１の素材に比して軟らかい金属素材）によって成形された部材であり、ホイールハブ（図示省略）に固定される環状の内向フランジ部１２ａを内周部分に有するとともに、外周部分に外向フランジ部１２ｂを有し、ロータ径方向の中間部分にロータ軸方向に延びる円筒状のインロー部１２ｃを有している。

内向フランジ部１２ａには、ホイールハブ（図示省略）に取付けるための５個の取付孔１２ａ１がロータ周方向にて等間隔に形成されている。外向フランジ部１２ｂには、厚肉部と薄肉部がロータ周方向にて等間隔で交互にそれぞれ８個設けられていて、各厚肉部（ロータ軸方向の厚みが９ｍｍ程度）には貫通孔１２ｂ１が形成されている。各貫通孔１２ｂ１は、円形形状に形成されていて、ロータ軸方向に貫通しており、一側（図７の左側で車両外側）にはテーパ角度が１１０度でロータ軸方向の深さが２ｍｍ程度のテーパ面Ｓが形成されている。

円筒状のインロー部１２ｃは、図２に示したように摺動部１１のロータ径方向内側にあって、その外径は、摺動部１１とハット部１２の組み合わせ時において、摺動部１１の内径と嵌合可能な同一寸法に設定（すなわち、インロー部１２ｃの外径は、摺動部１１の内径より僅かに小さくて、殆ど隙間なく嵌合する寸法に設定）されている。このため、ハット部１２は、摺動部１１に容易に組付けることが可能であるとともに、摺動部１１に対して同軸的に嵌合した状態（初期状態）で組み合わせることが可能である。

各結合装置２０は、図３にて拡大して示したように、ワッシャ２１と接合ピン２２と板ばね２３の三部材によって構成されている。ワッシャ２１は、ステンレス鋼（ハット部１２の金属素材に比して硬い金属素材）によって環状に形成されていて、図２および図３に示したように、摺動部１１の内周部分とハット部１２の外周部分間に環状の板ばね２３（皿ばね）とともに介装されており、一側面全体（図３の右側面全体）にてハット部１２に接合している。

接合ピン２２は、ハット部側の軸部先端を所要量カシメることにより摺動部１１と板ばね２３とワッシャ２１とハット部１２を一体化するものであり、ステンレス鋼（ハット部１２の金属素材に比して硬い金属素材）によって形成されていて、頭部２２ａと軸部２２ｂを備えている。

頭部２２ａは、摺動部１１における内向フランジ部１１ｂの一側（図３の右側）に係合している。軸部２２ｂは、摺動部１１の貫通孔１１ｂ１と板ばね２３とワッシャ２１とハット部１２の貫通孔１２ｂ１を貫通していて、その中間には、ハット部側を小径部２２ｂ１としかつ摺動部側を大径部２２ｂ２として、摺動部１１をロータ軸方向に所定量（板ばね２３が弾性変形可能な量）移動可能とする段部２２ｂ３が形成されている。

軸部２２ｂの小径部２２ｂ１は、板ばね２３とワッシャ２１とハット部１２の貫通孔１２ｂ１を貫通していて、先端部には先端部を肉厚１．０〜１．５ｍｍ程度の円筒状とするための有底孔２２ｂ１ａが設けられている。また、小径部２２ｂ１は、円筒状の先端部を所要量（２〜３ｍｍ程度）テーパ形状にカシメられていて、その外周全体がハット部１２の貫通孔１２ｂ１に形成したテーパ面Ｓに接合している。

軸部２２ｂの大径部２２ｂ２は、その外径が摺動部１１における貫通孔１１ｂ１の短径部と同一径とされていて、摺動部１１の貫通孔１１ｂ１を貫通しており、初期状態では、ロータ軸中心側（図３の上側）に所定のロータ径方向クリアランスＬが設定されている。軸部２２ｂの段部２２ｂ３は、ハット部１２とによってワッシャ２１と板ばね２３を隙間なく挟持していて、板ばね２３の一部（内周部）を介してワッシャ２１の内周部に係合している。

板ばね２３は、ステンレスばね鋼によって環状に形成されていて、摺動部１１とワッシャ２２間に介装されており、ロータ軸方向にて弾性変形可能である。また、板ばね２３は、内周部をワッシャ２１と接合ピン２２によって固定され、外周部にて摺動部１１の一側（図３の左側）に弾撥的に係合していて、摺動部１１を接合ピン２２の頭部２２ａに向けてロータ軸方向に付勢している。

上記のように構成した第１実施形態のディスクロータＡにおいては、結合装置２０が、環状のワッシャ２１と、接合ピン２２と、環状の板ばね２３の三部品を備えたものであり、部品点数が少ないため、組付性がよく、しかも安価に実施することが可能である。また、このディスクロータＡでは、ハット部１２と接合ピン２２の軸部先端（カシメられた部分）間およびハット部１２とワッシャ２１間に、それぞれ必要十分な大きさの座面（接合面）を確保することが可能であり、これらの座面全体に腐食が生じるには長い期間を要するため、異種金属接触腐食（ガルバニ腐食）に対する耐腐食性を高めることが可能である。

また、このディスクロータＡでは、接合ピン２２におけるハット部１２側の軸部先端がテーパ形状にカシメられていて、ハット部１２の貫通孔１２ｂ１に形成したテーパ面Ｓに接合しているため、接合ピン２２はハット部１２の外周部からロータ軸方向に殆ど突出することがない。このため、当該部分のロータ軸方向寸法は殆ど大きくならず、大きな取付スペースは不要である。また、このディスクロータＡでは、摺動部１１とハット部１２間に介装されるワッシャ２１によって、ハット部１２とワッシャ２１間に必要十分な大きさの座面を確保することが可能であるため、接合ピン２２の軸部２２ｂを小径化することも可能である。

また、このディスクロータＡでは、接合ピン２２の軸部中間に、ハット部側を小径部２２ｂ１としかつ摺動部側を大径部２２ｂ２として、摺動部１１をロータ軸方向に所定量（板ばね２３が弾性変形可能な量）移動可能とする段部２２ｂ３が形成されていて、この段部２２ｂ３は、摺動部１１とワッシャ２１間に介装されて摺動部１１を接合ピン２２の頭部２２ａに向けてロータ軸方向に付勢する板ばね２３の一部を介して、ワッシャ２１の内周部に係合している。

このため、板ばね２３によってハット部１２と接合ピン２２の軸部先端（カシメられた部分）間およびハット部１２とワッシャ２１間の密着性をそれぞれ高めて水の滲入を的確に防止することが可能であり、水分の介在によって進行する異種金属接触腐食（ガルバニ腐食）を的確に抑制することが可能である。したがって、これによっても異種金属接触腐食（ガルバニ腐食）に対する耐腐食性を高めることが可能である。また、このディスクロータＡでは、制動時における摺動部１１の熱変形を、摺動部１１のロータ軸方向移動（板ばね２３の弾性変形）によって緩和することができて、摺動部１１の熱変形に起因するブレーキ鳴き、偏摩耗等の不具合を抑制することが可能である。

また、このディスクロータＡでは、テーパ面Ｓのテーパ角度が１１０度（カシメ部のカシメ角度５５度）であり、接合ピン２２のカシメられる部分の肉厚（カシメ部肉厚）が１．０〜１．５ｍｍ程度で軸方向長さ（カシメ部長さ）が２〜３ｍｍ程度である。このため、図８および図９から明らかなように、接合ピン２２がロータ軸方向（ピン軸方向も同じ）にて抜ける抜け荷重Ｆを設定値Ｆａ以上とした上で、接合ピン２２のカシメによってハット部１２に生じる残留応力σを許容値σａ以下に抑えることが可能であり、接合ピン２２による摺動部１１とハット部１２の結合強度の確保と、ハット部１２の異種金属接触腐食と残留応力σの相乗作用（応力を受けた状態で腐食が促進される、いわゆる応力腐食）に対する耐久性アップを図ることが可能である。なお、テーパ面Ｓのテーパ角度は、６０度〜１２０度（カシメ部のカシメ角度３０度〜６０度）の範囲にて適宜変更して実施することも可能である。

また、このディスクロータＡでは、ハット部１２に設けた円筒状のインロー部１２ｃの外径が、摺動部１１とハット部１２の組み合わせ時において、摺動部１１の内径と嵌合可能な同一寸法に設定されているため、摺動部１１とハット部１２を同軸的に嵌合した状態（初期状態）で組み合わせることができて、当該ディスクロータＡの回転バランスを良好とすることができ、回転中の振動低減を図ることが可能である。

また、このディスクロータＡにおいては、ディスクロータＡの制動時において、摺動部１１が加熱されて熱膨張するとき、摺動部１１の貫通孔１１ｂ１が接合ピン２２の軸部２２ｂに対してロータ径外方（図３の図示下方）に移動することができて、摺動部１１の熱膨張（ロータ径方向での拡大）がスムーズに行われる。このため、熱膨張する摺動部１１にロータ軸方向の変形が生じ難くて、同変形に起因するブレーキ鳴きの発生や偏摩耗を抑制することが可能である。なお、摺動部１１が制動解除によって冷却されて熱収縮するときには、ハット部１２に設けた円筒状のインロー部１２ｃによって摺動部１１の内周部分の復帰位置が規定されて初期状態で位置決めされる。

また、このディスクロータＡにおいては、摺動部１１が接合ピン２２上にてハット部１２に対してロータ軸方向に所定量移動可能に組付けられ、摺動部１１とハット部１２間にはロータ軸方向にて弾性変形可能な板ばね２３が介装されているため、摺動部１１が板ばね２３を弾性変形させながらハット部１２に対してロータ軸方向に移動することができて、熱膨張する摺動部１１のロータ軸方向への変形を抑制することができ、同変形に起因する起因するブレーキ鳴きの発生や偏摩耗を抑制することが可能である。

また、このディスクロータＡにおいては、摺動部１１の貫通孔１１ｂ１がロータ径方向に長い長円形状（ロータ径方向を長径とする長円形状）に形成され、接合ピン２２の軸部２２ｂにおける大径部２２ｂ２の外径が摺動部１１における貫通孔１１ｂ１の短径部と同一径とされていて、接合ピン２２の軸部２２ｂにおける大径部２２ｂ２と摺動部１１の貫通孔１１ｂ１はロータ径方向にのみ移動可能に嵌合されているため、摺動部１１のハット部１２に対するロータ周方向での移動を効果的に規制することが可能である。なお、摺動部１１の貫通孔（１１ｂ１）が接合ピン２２の軸部２２ｂにおける大径部２２ｂ２の外径より大径の円形形状に形成される場合には、摺動部１１の貫通孔１１ｂ１がロータ径方向に長い長円形状に形成される場合（上記実施形態の場合）に比して、摺動部１１の貫通孔（１１ｂ１）を容易に加工することができて、安価に実施することが可能である。

上記した第１実施形態においては、各結合装置２０がワッシャ２１と接合ピン２２と板ばね２３の三部材によって構成されるようにして実施したが、図１０に示した第２実施形態のように、各結合装置３０がワッシャ３１と接合ピン３２の二部材によって構成されるようにして実施することも可能である。この場合には、接合ピン３２の軸部３２ｂに段部がなく、ワッシャ３１は、摺動部１１とハット部１２間に介装されて、接合ピン３２のテーパ形状にカシメられる部分と摺動部１１によって挟持される。なお、この第２実施形態においても、上記した第１実施形態の板ばね２３以外の作用効果が、上記した第１実施形態と同様に得られる。

本発明によるディスクロータの第１実施形態を示す一部破断正面図である。図１に示したディスクロータの２−２線に沿った断面図である。図２に示した下方の結合装置部分の拡大断面図である。図１および図２に示したディスクロータにおける摺動部単体の一部破断正面図である。図４に示した摺動部単体の５−５線に沿った断面図である。図１および図２に示したディスクロータにおけるハット部単体の一部破断正面図である。図６に示したハット部単体の７−７線に沿った断面図である。テーパ角度と抜け荷重の関係、およびテーパ角度と残留応力の関係を示す線図である。カシメ部の肉厚と抜け荷重の関係、およびカシメ部の肉厚と残留応力の関係を示す線図である。本発明によるディスクロータの第２実施形態を示す図３相当の結合装置部分の拡大断面図である。

符号の説明

１１…摺動部、１１ａ…制動部、１１ｂ…内向フランジ部、１１ｂ１…貫通孔、１２…ハット部、１２ａ…内向フランジ部、１２ｂ…外向フランジ部、１２ｂ１…貫通孔、１２ｃ…インロー部、２０…結合装置、２１…ワッシャ、２２…接合ピン、２２ａ…頭部、２２ｂ…軸部、２２ｂ１…小径部、２２ｂ２…大径部、２２ｂ３…段部、２３…板ばね、Ｓ…テーパ面、Ａ…ディスクロータ

Claims

環状の摺動部と、この摺動部の金属素材に比して軟らかい金属素材からなり前記摺動部の内周部分に外周部分にて接合されるハット部と、前記摺動部と前記ハット部の接合部分に設けられて前記摺動部と前記ハット部を一体的に結合する結合装置を備えたディスクロータであって、
前記結合装置が、前記ハット部の金属素材に比して硬い金属素材からなり前記摺動部の内周部分と前記ハット部の外周部分間に介装される環状のワッシャと、前記ハット部の金属素材に比して硬い金属素材からなり前記摺動部に係合する頭部を有するとともに前記摺動部に設けたロータ軸方向の貫通孔と前記ワッシャと前記ハット部に設けたロータ軸方向の貫通孔を貫通する軸部を有していてハット部側の軸部先端をカシメることにより前記摺動部と前記ワッシャと前記ハット部を一体化する接合ピンを備えていて、
前記接合ピンのカシメられた部分は、テーパ形状であって、その外周全体が前記ハット部の前記貫通孔に形成したテーパ面に接合していることを特徴とするディスクロータ。
請求項１に記載のディスクロータにおいて、前記接合ピンの軸部中間には、ハット部側を小径部とし、前記摺動部をロータ軸方向に所定量移動可能とする段部が形成されていて、この段部は、前記摺動部と前記ワッシャ間に介装されて前記摺動部を前記接合ピンの頭部に向けてロータ軸方向に付勢する板ばねの一部を介して、前記ワッシャの内周部に係合していることを特徴とするディスクロータ。